煤礦皮帶機電控系統存在問題及優化改造

張 嘎

（山西煤炭進出口集團鹿臺山煤業有限公司， 山西 沁水 048200）

1 煤礦皮帶機電控系統存在問題

1.1 電控系統部件易磨損

在皮帶機運行過程中，機械傳動和電氣控制是出現故障次數最多的兩個部分。如果皮帶機電控系統難以正常運行，或受各種因素影響導致緊急停車，這種現象通常與電控系統構成中的電氣組件有密切關聯，特別是一些焊接點、插件等。正所謂“牽一發動全身”，一旦出現電氣故障，就會對電控系統乃至整個皮帶機運轉造成嚴重影響。同時，在長時間運轉的情況下電控系統部分設備零件也容易出現磨損，引起諸多負面影響。隨著時間推移，零部件磨損加重，處于疲勞運行狀態或日漸老化的機器就會頻頻出現故障。如果檢修工作有所滯后或技改不合理，就會導致設備故障停機，嚴重影響煤礦生產效率。

1.2 穩定性較差

對于煤礦皮帶機電控系統而言，惡劣的作業環境是其運行穩定性的最大威脅。電控系統運行穩定性不佳也是國內很多煤礦生產中影響皮帶機運轉的一個重要因素。受煤炭濕度和皮帶阻力變化等因素的影響，電控系統穩定性也會受到不同程度的影響，皮帶上下震動幾率較大，進而產生大量灑落煤屑，需及時清理。此外，皮帶震動可導致皮帶跑偏，此類因素引起的故障往往需要檢修人員現場維護調試，甚至停機清理維修，這對煤礦生產效率造成嚴重影響。

1.3 啟動制動效果不佳，用時較長

在皮帶機實際運轉流程中，從啟動加速開始直至減速停止，包含了一系列比較繁瑣的操作程序，皮帶機操作人員根據信號反饋來操作控制按鈕，參與所有操作環節的控制，工作效率相對較低。此外，皮帶機啟動加速以及減速停止過程中電機負荷較高，電壓波動較大，電控系統整體穩定性不佳，可靠性隨之降低，且皮帶機運行時間明顯延長，嚴重影響煤礦生產效率。

2 煤礦皮帶機電控系統的優化改造

煤礦皮帶機結構中，其電控系統通常分為主控臺、隔爆型變頻調速器、電控箱、控制箱及相應的附屬設備等多個部分，電控系統的優化改造也應著眼于以下幾個方面。首先應選擇可實現變頻、工頻自動轉化效果的工頻軟啟動互為備用控制系統，這不僅有利于增強電控系統穩定性和可靠性，同時還有利于加強電控系統對皮帶輸送機的控制效果[1]。采用基于BPBT-250/600型號的變頻調速器，該型隔爆型變頻調速器可保證輸送機啟動性能以及傳輸性能，同時還具有節能效果，增強輸送機功率因數。主控臺為TH系列安全型主控臺，可實時在線監測煤位、電機電流、溫度、速度以及跑偏量等信號反饋，而且能夠控制變頻調速器以及抱閘等部件。該模式改變了原有的單程通信方式，而是以串行通信為主，使得輸送機接線問題大大簡化，并且實現了語音報警功能[2]。

2.1 電控箱和控制箱的優化改造

電控箱主要負責向外提供電源（220 V），并且實現對變頻器和其他一些電氣設備運行的有效控制。控制箱的功能主要是負責確保PLC程序得到執行，而且可發揮對接入的保護效果（一般都為直接引入方式）。

2.2 變頻器優化改造

如上所述，本文所選變頻調速器為BPBT-250/660型礦用隔爆型變頻調速器，其部件分為驅動單元、控制單元、整流橋、檢測單元以及電源多個部分，主要負責對電機轉速以及運行方向的控制[3]，其結構如下頁圖1所示。

2.3 主控臺優化改造

圖1 BPBT-250/660型礦用隔爆型變頻調速器結構示意

就帶式輸送機而言，主控臺模塊的優化改造是其電控系統進行變頻改造的關鍵。主控臺部件中包括可進行編程控制器，利用這一控制器可明確系統不同保護與控制功能之間的邏輯關系，使系統運行更趨于合理。選擇日本三菱公司生產的FX2NC-16MT為監控機主控器件，調整主控臺數據傳輸，采用多行串口通信模式，在主控臺內部安裝的通信模塊支持下實現數據傳輸。不同控制開關以及傳感元件經由信號處理后連接PLC控制器輸入端，數據邏輯運算以及處理工作由PLC控制系統完成，以此為基礎來控制工作繼電器以及安全繼電器的全部節點[4]。這樣一來，帶式輸送機無論是在啟停、變速還是報警、保護狀態下都可做到實時變形。

2.4 變頻器控制的優化改造

考慮到以往帶式輸送機所用電控系統變頻器的弊端，應改造其控制方式，首先通過微處理器軟件對集成電子電路實施模擬控制，通過內置控制程序時鐘，微處理器可測定輸入信號，并實現對系統信息輸入輸出的控制。操作人員根據給定參數信息以及控制命令在操作面板實現對電動機運行的控制，并計算IGBT開關位置。門驅動器將參數放大后驅動IGBT，基于IGBT的通斷頻率來調節電壓頻率，最終實現對電動機運轉速度的有效控制。倘若IGBT在實際運行期間出現過電流效應，門驅動器能夠向微處理器發送傳輸故障信號，然后暫停輸送信號，此種狀態下變頻器運行中止，提示故障并在控制界面顯示故障類型[5-6]。

3 皮帶機電控系統優化改造的效果分析

1）變頻改造下系統軟啟動功能實現了電機軟啟動與輸送機軟啟動二者的有機結合，皮帶機儲存的張力和能量被緩慢釋放，啟動和運行狀態下產生的張力波隨之降低，這有助于保護皮帶機設備和皮帶本身免受沖擊損傷，也是真正意義上的軟啟動，設備故障概率明顯降低。

2）變頻改造下皮帶機運行速度可調，這有利于檢修人員及時開展皮帶機檢修工作，檢修率進一步提升。

3）采用變頻技術改造皮帶機電控系統，可實現皮帶機運行的主從控制，進一步保障系統實現功率平衡，從而有效應對多電機模式下驅動功率不平衡的矛盾。